Tratamiento de Gas Natural

ENDULZAMIENTO DE GAS ÁCIDO CON DEA

CONSTRUYENDO LA SIMULACIÓN

Definiendo la Simulación

Para este caso, usted deberá usar el paquete de propiedad de aminas “Amine” con los siguientes

componentes: N2, H2S, CO2, C1, C2, C3, i-C4, n-C4, i-C5, n-C5, C6, H2O y DEAmine. Use el modelo

termodinámico en solución acuosa de amina: Kent-Eisenberg y el modelo de la fase vapor no

ideal.

Adicionando las corrientes de alimentos

1. Adicionar una nueva corriente de materia para el gas de entrada con los

Siguientes valores:

Conditions

Name Sour Gas

Temperature 25 °C (75 °F)

Pressure 6900 kPa (1000 psia)

Molar Flow 1250 Kgmole/h (25 MMSCFD)

Component Mole Fraction

N2 0.0016

H2S 0.0172

CO2 0.0413

C1 0.8692

C2 0.0393

C3 0.0093

i-C4 0.0026

n-C4 0.0029

i-C5 0.0014

n-C5 0.0012

C6 0.0018

H2O 0.0122

DEAmine 0.0

2. Adicionar una segunda corriente de materia para el alimento de amina pobre al contactor

de amina con los siguientes valores:

Conditions

Name DEA to Contactor



Std Ideal Liq Vol Flow 43 m3/h (190 USGPM)

Component Mass Fraction

H2O 0.72

DEAmine 0.28

Los valores par la corriente de materia “DEA to Contactor” serán actualizados una vez que la

operación “Recycle” este instalado y calculado.

Adicionando las operaciones unitarias físicas

SEPARADOR

Cualquier agua libre arrastrado por el gas es primero removido en un separador,

FWKO TK. Adicionar un separador y provea la siguiente información:

Connections Enter…

Name FWKO TK

Inlet Sour Gas

Vapor Outlet Gas to Contactor

Liquid Outlet FWKO

¿Cuál es el flujo de agua en FWKO? ___________________

CONTACTOR

El contactor de amina es simulado usando un “Absorber” en Aspen Hysys.

Adicionar una columna de absorción con las siguientes especificaciones:

Conditions

Name DEA Contactor

No of Stages 20

Top Stage Feed DEA to Contactor

Bottom Stage Feed Gas to Contactor

Ovhd Vapor Sweet Gas

Bottoms Liquid Rich DEA

Pressures

Top 6850 kPa (995 psia)

Bottom 6900 kPa (1000 psia)

Estimates

Top Temperature 40°C (100°F)

Bottom Temperature 70°C (160°F)

¿Cuál es la concentración de H2S y CO2 en el gas dulce?

H2S____________________ CO2___________________

VÁLVULA

La amina rica del Contactor se dirige a una Válvula, VLV-100, donde la presión se reduce hasta

620 kPa, que está cerca de la presión de operación del Regenerador.

Adicionar una válvula con los siguientes valores:


Inlet Rich DEA

Outlet DEA to Flash TK

Worksheet

Pressure, DEA to Flash TK 620 kPa (90 psia)

SEPARADOR FLASH

Los gases que son desprendidos, por flasheo, de la amina rica son removidos usando un tanque

flash de amina rica, Flash TK, que es instalado como una operación de separación.

Adicionar un Separador con la información mostrada a continuación:


Name Flash TK

Feed DEA to Flash TK

Vapor Outlet Flash Vap

Liquid Outlet Rich to L/R

INTERCAMBIADOR DE CALOR

El Alimento al Regenerador se calienta a 95 °C en el intercambiador de amina Rica/Pobre, L/R

HEX, antes de entrar en el Regenerador dónde se aplica calor para romper los enlaces de gas

ácido – amina, por consiguiente permitiéndole a la amina ser reciclado al contactor.

Adicionar un intercambiador de calor con los siguientes valores:

Conditions

Name L/R HEX

Tube Side Inlet Rich to L/R

Tube Side Outlet Regen Feed

Shell Side Inlet Regen Bttms

Shell Side Outlet Lean from L/R

Parameters

Tube Side ΔP 70 kPa (10 psi)

Shell Side ΔP 70 kPa (10 psi)

Heat exchanger mode Exchanger Design (Weighted)

Worksheet

Regen Feed, Temperature 95°C (203°F)

REGENERADOR

Adicionar una columna de destilación con la siguiente información.

Conditions

Name Regenerator

Nº of Stages 18

Feed Stream/Stage Regen Feed/4

Condenser Type Full Reflux

Ovhd Vapor Acid Gas

Bottoms Liquid Regen Bottoms

Reboiler Duty Rblr Q

Condenser Duty Cond Q

Profiles

Condenser Pressure 190 kPa (27.5 psia)

Condenser ΔP 15 kPa (2.5 psi)

Reboiler Pressure 200 kPa (31.5 psia)

Tray 1 Temperature 100ºC (210ºF)

Reboiler Temperature 125ºC (260ºF)

Column Temperature, Condenser 50ºC (120ºF)

Monitor

Overhead Rate (Estimate) 75 kgmole/h (1.5 MMSCFD)

Reflux Ratio (Estimate) 1.5

MEZCLADOR

La reposición de agua es necesaria, puesto que se perderá agua en el Contactor y en la corriente

de cabeza del Regenerador. Una operación de mezclado combina la amina pobre, procedente del

Regenerador, con agua de reposición. Esas corrientes se mezclan a las mismas presiones.

1. Adicionar una nueva corriente de materia.


Name Makeup H2O

Temperature 25ºC (77ºF)


H2O 1.0

2. Adicionar un “Mixer” con la siguiente información:

¿Cuál es el flujo de “Makeup H2O”?________________________


Intels Makeup H2O

Lean From L/R

Outlet DEA to Cool

Parameters

Pressure Assignment Equalize All

Worksheet

Std Ideal Liq Vol Flow, DEA to Cool 43 m3/h (190 USGPM)

ENFRIADOR

Adicionar un enfriador con los valores dados abajo:

BOMBA

Adicionar una bomba con la siguiente información:

SET

El “SET” es una operación en estado estacionario, usado para fijar el valor de una Variable de

Proceso específica en relación con otra variable. La relación es entre las mismas variables de

proceso en dos objetos iguales; por ejemplo, la temperatura en dos corrientes de materia, o el UA

(Coeficiente Global de Transferencia de calor por Área) de dos intercambiadores de calor.


Name Cooler

Feed Stream DEA to Cool

Product Stream DEA to Pump

Energy Stream Cooler Q

Parameters

Pressure Drop 35kPa (5 psi)


Inlet DEA to Pump

Outlet DEA to Recycle

Energy Pump Q

Worksheet

Temperature, DEA to Recycle 35ºC (95ºF)

1. Doble clic sobre el icono del “SET”. Complete la etiqueta de Connections como se muestra en la siguiente figura:

2. Ir a la etiqueta de Parameters. Fijar el multiplicador a 1, y el desplazamiento a -35 kPa como se

muestra a continuación:

RECICLO

1. Doble clic sobre el icono “Recycle”. En la etiqueta Connections selecciones las conexiones

desde la lista desplegable como se muestra a continuación.

GUARDE SU CASO

ANALIZANDO LOS RESULTADOS

El Gas Natural Ácido entrante contuvo 4.1 % CO2 y 1.7 H2S. Para nuestro flujo de entrada de gas

de 1250 Kmol/h (25 MMSCFD), una solución circulante de aproximadamente 28 % (peso) de

Dientanolamina (DEA) fue usado para remover CO2 y H2S. Las especificaciones de transporte de

gas por tuberías no permites más de 2.0 % (volumen) de CO2 y 4 ppm (volumen) de H2S.

¿Cuál es el % (v) de CO2 en el gas dulce?_________________________________

¿Cuál es el nivel de H2S en ppm (v)?_____________________________________

¿Se han cumplido las especificaciones?___________________________________

DESHIDRATACIÓN DE GAS NATURAL CON TEG

INICIANDO LA SIMULACIÓN

COMPONENTES: Nitrógeno, Sulfuro de Hidrógeno, Dióxido de carbono, Metano,

Etano, Propano, i-Butano, n-Butano, i-Pentano, n-Pentano, Agua y TEG.

ECUACIÓN: Peng-Robinson

SIMULACIÓN EN ESTADO ESTACIONARIO

Adicionando las corrientes de materia

Adicionar una corriente de materia para el gas de entrada con las siguientes especificaciones:

Conditions

Name Inlet Gas



Molar Flow 500 Kgmole/h (10 MMSCFD)


N2 0.0010

H2S 0.0155

CO2 0.0284

C1 0.8989

C2 0.0310

C3 0.0148

i-C4 0.0059

n-C4 0.0030

i-C5 0.0010

n-C5 0.0005

H2O 0.0000

TEG 0.0000

Adicionar una segunda corriente de materia para el alimento de TEG al contactor con los

siguientes valores:

Mezclador “Saturate”:

La composición del gas natural se ha proporcionado en base seca. Para asegurar la saturación

con agua, el gas es mezclado con agua antes de entrar al contactor. Adicionar un mezclador para

mezclar las corrientes: “Inlet Gas” y “Water to Saturate”.

¿Cuál es la fracción de vapor de la corriente “Gas+H2O”? ¿Cómo nos aseguramos de que el gas

se encuentre saturado?______________________________________

Conditions Enter…

Name TEG Feed



Std Ideal Liq Vol Flow 0.5 m3/h (2 USGPM)


H2O 0.01

TEG 0.99


Name Saturate

Inlets Inlet Gas

Water to Saturate

Outlet Gas + Agua

Parameters

Automatic Pressure Assignment Equalize All

Worksheet

Water to Saturate, Flowrate 0.5 kgmole/h (1.1 lbmole/hr)

Water to Saturate, Composition 100% Water

Water to Saturate, Temperature 30ºC (85ºF)

Separador “FWKO TK”:

Cualquier agua libre arrastrada con el gas es removido primero en un separador, adicionar un

separador y proveer la siguiente información:

¿Cuánta agua es removida por el separador?________________________________

¿Cuál es la temperatura de formación de hidrato del “Gas to Contactor”?__________

Contactor “TEG Contactor”:

Ahora puede ser simulada la torre de contacto, adicione una columna de absorción con las

siguientes especificaciones y ejecutar la columna.


Name FWKO TK

Inlet Gas + H2O

Vapor Outlet Gas to Contactor

Liquid Outlet FWKO

Conditions Enter…

Name TEG Contactor

Number of Stages 8

Top Stage Inlet TEG Feed

Bottom Stage Feed Gas to Contactor

Ovhd Vapor Dry Gas

Bottoms Liquid Rich TEG

Pressure

Top 6190 kPa (897 psia)

Bottom 6200 Kpa (900 psia)

Válvula “VLV-100”:

La corriente “Rich TEG” es flasheada a través de la válvula VLV-100. La presión de salida será

calculada posteriormente. Adicionar una válvula con los siguientes valores:

Intercambiador de calor “L/R HEX”:

El alimento al regenerador es calentado hasta 105 °C (220 °F) en el intercambiador de TEG

Pobre/Rico (Lean/Rich), L/R HEX, antes de ingresar al regenerador. Adicionar un intercambiador

de calor con los siguientes valores:

Columna de Destilación “TEG Regenerator”:

El regenerador de TEG es simulado con una columna de destilación. El regenerador consiste en

un condensador, un rehervidor y una etapa ideal.

Agregue una columna de destilación al caso, con los siguientes datos:


Inlet Rich TEG

Outlet LP TEG

Conditions

Name L/R HEX

Tube Side Inlet Regen Bottoms

Tube Side Outlet Lean from L/R

Shell Side Inlet LP TEG

Shell Side Outlet Regen Feed

Parameters



Worksheet

Regen Feed, Temperature 105°C (220°F)

Regen Feed, Pressure 110 kPa (16 psia)

Connections

Name Regenerator

Nº of Stages 1

Feed Regen Feed

Condenser Type Full Reflux

Ovhd Vapor Water

Bottoms Liquid Regen Bttoms

Reboiler Duty Reb Q

Condenser Duty Cond Q

Profiles

Condenser ΔP 2 kPa (1 psi)

Condenser 101 kPa (14 psia)

Reboiler Pressure 103 kPa (15 psia)

Reboiler Temperature 205ºC (400ºF)

Condenser Temperature 102ºC (215ºF)

Monitor

Overhead Rate (Estimate) 1 kgmole/h (0.02 MMSCFD)

Reflux Ratio (Estimate) 1.0

Mezclador “Makeup TEG”:

El TEG se pierde en pequeñas cantidades en el regenerador, por tanto una corriente de reposición

de TEG se requiere para asegurar que el balance de materia se mantenga.

1. Adicionar una corriente de materia:


Name Makeup TEG



H2O 0.01

TEG 0.99

2. Agregar un mezclador con la siguiente información:

¿Cuál es el flujo de “Makeup TEG”?_______________________________________

Bomba “P-100”:

Una bomba se instala para levantar la presión del TEG antes de que entre en el Contactor.

Agregue una bomba con la siguiente información:


Intels Makeup TEG

Lean From L/R

Outlet TEG to Pump

Parameters

Pressure Assignment Equalize All

Worksheet

Std Ideal Liq Vol Flow, TEG to Pump 0.5 m3/h (2 USGPM)


Inlet TEG to Pump

Outlet Pump Out

Energy Pump Q

Worksheet

Pump Out, Pressure 6275 kPa (910 psia)

Intercambiador de calor “E-100”:

Un segundo intercambiador de calor es agregado para enfriar el TEG que retorna al contactor.

Adicionar un intercambiador de calor con la siguiente información:

RECICLO:

En este caso, la corriente de materia TEG pobre “TEG Feed” que se estimó originalmente se

remplazará con la nueva corriente de TEG pobre “TEG to Recycle” calculada y el contactor y el

regenerador se ejecutarán hasta que el ciclo de recirculación converja.

Doble clic sobre el icono “Recycle”. Sobre la pestaña Conections, realice las conexiones tal como

muestra la siguiente figura:

¿Cuál es la temperatura de formación de hidratos en la corriente “Sales Gas”?

¿Cómo compara esto con la temperatura de formación de hidrato de la corriente “Gas to

Contactor”?

Conditions

Tube Side Inlet Pump Out

Tube Side Outlet TEG to Recycle

Shell Side Inlet Dry Gas

Shell Side Outlet Sales Gas

Parameters



Worksheet

TEG to Recycle, Temperature 50°C (120°F)

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